CN110411407B - 测量装置及不均匀沉降实时检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供测量装置及不均匀沉降实时检测系统，测量装置包括：液体容器，包括：液体容纳腔；液位传感器，设于液体容纳腔，用于采集液体容纳腔内液位数据；电动升降单元，用于升降液体容器；测控单元，固定连接液体容器，且通过第一通信器通信连接液位传感器，以采集液位数据；测控单元还通过第二通信器通信连接外部设备以传送液位数据；系统利用多个测量装置，令相邻测量点的相连通的液体容器之间进行有序的升/降运动，并分别采集升/降运动下的液位数据，加以综合运算得到测量点间是否不均匀沉降的结果，实现轨道、隧道、大坝、桥梁等不均匀沉降的高精度、自动、实时、连续监测，为运营安全提供有力技术支撑。

Description

测量装置及不均匀沉降实时检测系统

技术领域

本发明涉及土体沉降测量与监测技术领域，具体是涉及测量装置及不均匀沉降实时检测系统。

背景技术

轨道交通以其速度快、运能大、污染少等优点，受到社会的青睐，很多城市已经拥有了城轨，还有更多城轨在规划建设中。一条城轨线一般包含地下线、高架线和地面线等不同线路敷设形式。地下结构有采用盾构施工的圆形隧道、明挖施工的矩形结构及暗挖施工的马蹄形结构；高架线部分有连续梁、简支梁、钢混结合梁等不同结构形式；地面线路基部分有填土、挖方等施工情况；不同结构形式变形复杂，各分体结构存在差异变形，需要及时了解全线各部位，特别是衔接处的变形情况、既有线路与新建工程存在结构变形差异和因地基变形及内部应力、外部荷载变化而产生城轨工程结构变形和沉降。

城轨工程呈线状分布，分布范围较长，整个工程范围内由于线路敷设形式不同有可能存在着不均匀沉降的问题；城轨结构不均匀沉降监控是城轨工程结构遇到最多的问题之一，需要城轨主体部分进行重点监测，掌握重点位置的结构变形情况，包括(1)车站与区间衔接处的差异沉降；(2)城轨交通穿越河流、不良地质地段的隧道区段的特殊沉降；(3)既有隧道与新建隧道衔接处的差异沉降；(4)区间联络通道附近衔接处的差异沉降；(5)城轨交通沿线有高大建筑或工程正在施工的地段对隧道的影响；(6)本线与后建设的城轨交通线路交叉点附近地段对本线隧道的影响；(7)高架桥地段的墩台沉降、梁体的挠曲变形；(8)隧道、高架桥与路基的过渡段的差异沉降；(9)城轨交通穿越国家既有铁路对隧道的影响。

如结构变形和沉降超过允许值,将会对城轨运营造成影响，甚至会造成运营中断。对城轨工程结构进行监测，了解变形情况，分析变形原因并采取有效措施，对于预防事故、保证城轨的正常运营是非常必要的。

城轨监测作为安全监护的一个重要组成部分，具有监测路线长、目标多、数据精度要求高、变形及过程不可复现、作业环境复杂、对城轨影响程度要小，尤其是隧道内无稳定基准点等特点。目前针对不均匀沉降、形变监测主要依靠人工方式低频度数据采集的人工监测，其中城轨沉降监测主要方法是在管片关键位置或变化显著位置，布设人工目标点，利用水准测量、三角高程测量等技术获取位置点高程数据。人工检测方法存在下面几个缺点：(1)人工检测存在较大误差,前后数据连续性及可比性差，也难保证数据稳定性,尤其在恶劣天气与环境下；(2)监测点难以全面覆盖，监护难度高；(3)现场维护远，耗费人力物力，工作量大；(4)人工成本上升很快，人力成本高；(5)数据量太少，测试数据难以全面评估结构健康状况；(6)在轨运营时间紧张情况下难以实施。

在实际检测中，城轨运营时反复振动和转弯曲线上未平衡离心力等的作用都可能诱发区间隧道洞体形变和隧道周围土体性质变化，道床沉降速率时高时低，通过人工难以得到连续数据；

沉降的自动监测是社会发展趋势，通过将智能仪器与设备安装在监测区域，进行高频度自动数据采集，然后通过数据传输通信将信息传输到控制中心进行分析出路来达到实时监测目的。目前在现场应用的自动监测技术主要有静力水准测量、电子水平尺、全站仪自动监测等。

现有静力水准仪产品测量安装比较简单.量程范围宽，一般单点精度高，但测量10米以上不均匀沉降精度低，不能满足施工与维护的技术要求，受环境振动影响大，不合适车辆运动时实时检测，在过载时容易损坏；现有光电式检测产品价格很高、安装与保养困难，不宜长期在现场在光线不好时，测量效果差，安装调试复杂，需要专业人员；现有GNSS产品，受卫星信号的限制，在地铁与隧道中无法使用，且精度不能满足施工与维护标准要求。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供测量装置及不均匀沉降实时检测系统，用于解决现有技术中的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种测量装置，包括：液体容器，包括：液体容纳腔；液位传感器，用于采集液体容纳腔内液位数据；电动升降单元，用于升降所述液体容器；测控单元，固定连接所述液体容器，且通信连接所述液位传感器，以采集所述液位数据；所述测控单元通信连接外部设备以传送所述液位数据。

于本发明的一实施例中，所述容纳腔设有供与外部连通的连通口，所述连通口处设有阀门。

于本发明的一实施例中，所述容纳腔设有供与外部连通的导气口。

于本发明的一实施例中，所述测控单元通信连接所述电动升降单元以控制其升降。

于本发明的一实施例中，所述液位传感器为位移传感器；所述液体容纳腔中设有随液面高低浮动的浮动件，所述浮动件连接有一能沿垂直于液面方向运动的连接件，所述位移传感器定位连接于所述连接件。

于本发明的一实施例中，包括：温度传感器，设于所述液体容纳腔内，用于采集液体温度数据。

于本发明的一实施例中，所述测控单元，通信连接所述温度传感器，用于根据液体温度数据补偿采集到的液位数据。

于本发明的一实施例中，所述测控单元包括：水平度传感器，用于采集液体容器的水平度数据。

于本发明的一实施例中，所述水平度传感器通过加速度传感器实现。

于本发明的一实施例中，所述测控单元包括：GNSS模块，用于定位液体容器以及对采集行为授时。

于本发明的一实施例中，所述测控单元包括：处理单元，其包括：通信相连的主处理器及辅处理器；所述辅处理器，用于通信连接并控制测量装置中各个传感器的数据采集；所述主处理器，用于控制所述辅处理器的工作，并用于进行数据运算处理，且用于控制测控单元与外部设备的通信。

于本发明的一实施例中，所述升降单元包括：升降件，固定连接所述液体容器；固定件，位于升降件及液体容器之下；导向件，沿纵向设置，其与所述固定件相对位置固定地设置并与升降件活动连接，所述升降件能沿所述导向件运动；活动件，连接所述导向件并能沿所述导向件活动，所述活动件抵靠于所述升降件下表面或固定于所述升降件；驱动电机，连接所述导向件或活动件，以驱动所述活动件沿所述导向件活动以带动所述升降件。

于本发明的一实施例中，所述驱动电机通信连接并受控于所述测控单元。

于本发明的一实施例中，所述导向件为至少一杆体，其上设有第一螺纹；所述活动件为套合于所述导向件的套件，所述套件设有与所述第一螺纹匹配的第二螺纹；所述驱动电机连接并驱动所述导向件或活动件转动。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种不均匀沉降实时检测系统，包括：多个所述的测量装置，分别设于各个测量点；其中，所述各个测量点沿一预设路线排列，位于所述预设路线上的部分或全部相邻测量点的液体容器的液体容纳腔之间管路连通；各个测量点处的测控单元间通信级联；相邻且存在管路连通的液体容器的至少两个测量点的测控单元分别控制各自通信连接的电动升降单元令各自的液体容器之间进行有序的升/降运动，并分别采集升/降运动下的液位数据且对外发送；监控设备，通信连接各个测量装置的测控单元，用于接收各测量装置的升/降运动下的液位数据，并据以综合分析对应测量点间的沉降均匀情况。

于本发明的一实施例中，所述测控单元分别控制各自通信连接的电动升降单元令各自的液体容器之间进行有序的升/降运动，并分别采集升/降运动下的液位数据，包括：获得相连通的第一测量装置的第一容纳腔和第二测量装置的第二容纳腔在纵向上深度差的初始值；通过第一电动升降单元令所述第一容纳腔沿纵向上升第一预设距离且维持第二容纳腔的位置不变，在液位稳定后，采集第一容纳腔的第一液位数据和第二容纳腔的第二液位数据；通过所述第一电动升降单元令所述第一容纳腔回复原位；在液位稳定后，通过第二电动升降单元令第二容纳腔沿纵向上升与第一预设距离相等的第二预设距离且维持第一容纳腔的位置不变，在液位稳定后，采集第一容纳腔的第三液位数据和第二容纳腔的第四液位数据；所述根据各测量装置的升/降运动下的液位数据综合分析对应测量点间的沉降均匀情况，包括：根据第一液位数据、第二液位数据、预设距离和深度差之间的数学关系、以及第三液位数据、第四液位数据、第二预设距离和深度差之间的数学关系计算得到所述深度差的实际值；若所述实际值和所述初始值不相等，则表明第一容纳腔和第二容纳腔所对应的测量点间存在不均匀沉降。

于本发明的一实施例中，所述测控单元与监控设备间无线通信方式连接，所述无线通信方式包括：LoRa、NB-IOT、2G/3G/4G/5G移动通信或WiFi。

于本发明的一实施例中，所述路线对应于轨道、隧道、大坝或桥梁。

综上所述，本发明提供测量装置及不均匀沉降实时检测系统，所述测量装置包括：液体容器，包括：液体容纳腔；液位传感器，用于采集液体容纳腔内液位数据；电动升降单元，用于升降所述液体容器；测控单元，固定连接所述液体容器，且通信连接所述液位传感器，以采集所述液位数据；所述测控单元通信连接外部设备以传送所述液位数据；所述系统利用多个所述测量装置，令相邻测量点的相连通的液体容器之间进行有序的升/降运动，并分别采集升/降运动下的液位数据，加以综合运算得到测量点间是否不均匀沉降的结果，实现轨道、隧道、大坝或桥梁等不均匀沉降的高精度、自动、实时、连续监测，为运营安全提供有力技术支撑。

附图说明

图1显示为本发明于一实施例中液体容器的结构示意图。

图2显示为本发明于一实施例中电动升降单元的结构示意图。

图3显示为本发明于一实施例中测控单元的模块示意图。

图4显示为本发明于一实施例中不均匀沉降实时检测系统的结构示意图。

图5显示为本发明于一实施例中不均匀沉降检测原理的结构示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明提供测量装置及不均匀沉降实时检测系统，该测量装置是在静力水准仪的基础上改进结构实现，利用了静力水准仪的优点，并且配合结构改进、测量方法改进及数据处理方式的改进，大大提升采集数据精度及工作效率。

如图1所示，展示本发明提供的测量装置的结构示意图。

所述测量装置包括：液体容器101。

所述液体容器101包括：液体容纳腔，所述液体容纳腔中设置有液体(例如水、油等)。所述容纳腔设有供与外部连通的连通口，所述连通口可以通过管路与外部连通，所述连通口处设有阀门105，通过所述阀门105能管控液体容纳腔的灌液进度，能快速实现现场安装，解决现有静力水准仪产品灌液时间长，气泡不易消失的问题。在所述液体容纳腔上，所述连通口及其阀门105的位置应在液面以下。

另外，液体容纳腔还可设置导气口107，通过导气口107与外部保持环境气压相同，具体的，所述导气口107可以是如图所示通过管路从液体容纳腔引出的，也可以是直接开设于液体容纳腔上的，进一步可选的，所述导气口107还可作为进液口使用，实现同一部件实现进液和导气的复合功能，相应的，所述连通口位于液体容纳腔下部位置，可作为出液口。

所述液体容纳腔中设置有浮动件102(例如浮球)，置于液体上，随液面高低而浮动，所述浮动件102连接有一连接杆103，所述连接杆103能沿垂直所述液面的轴线方向运动。具体的，所述连接杆103在液体容器101内通过限制结构限制为仅能沿垂直液面的轴线方向升降，所述限制结构可以是导轨，导槽等，当然，也可以不加以设置，并非以此为限。

所述测量装置还包括：液位传感器104，用于采集液体容纳腔内液位数据。在本实施例中，所述液位传感器104固定连接所述连接杆103，两者间可通过卡合、螺锁、粘结等方式固定，使所述液位传感器104能随所述浮动件102进行上下运动，即随液面高低而运动变化，从而测得液位数据。

进一步的，所述液位传感器104可以通过位移传感器实现，优选为LVDT(LinearVariable Differential Transformer)是线性可变差动变压器位移传感器，其具有高精度位移测量的功能，实现对所在液体容器101的高精度液位数据的测量。

如图2所示，所述测量装置包括：电动升降单元201。

所述电动升降单元201用于根据指令来控制升降，其用于对所述液体容器202进行升/降操作，从而改变液面及所采集到的液位数据，若所述测量装置有多个，分别设于不同的测量点，通过相邻测量点采集获得的一组液位数据进行综合运算可以判断出相邻测量点间是否有不均匀沉降情况。

在本实施例中，所述电动升降单元201包括：升降件203、固定件204、导向件205、驱动电机206、及活动件207。

在本实施例中，所述升降件203及固定件204为板状体。

所述升降件203固定连接所述液体容器202，可选的，在本实施例中，所述升降件203固定连接所述液体容器202的顶部。

所述固定件204，位于升降件203及液体容器202之下，可用于承托所述液体容器202。

所述导向件205，沿纵向设置，其与所述固定件204相对位置固定地设置并与升降件203活动连接，所述升降件203能沿所述导向件205运动。在本实施例中，所述导向件205可以是至少一杆状体，其可以固定设于所述固定件204，也可以固定设于固定件204以外的某个固定位置；所述纵向可以是垂直于液面的轴线方向；所述升降件203可设有一一对应所述杆状体的开孔，所述导向件205穿设该开孔。在本实施例中，所述导向件205及开孔有一对，令所述升降件203升/降过程中受力平衡，运动更为顺畅平稳。

所述活动件207，连接所述导向件205并能沿所述导向件205活动，所述活动件207抵靠于所述升降件203下表面或固定于所述升降件203。在本实施例中，所述活动件207为套合于所述导向件205的套件。

在本实施例中，所述导向件205表面设有第一螺纹，所述活动件207设有与所述第一螺纹匹配的第二螺纹，当所述导向件205或活动件207转动时，由于第一螺纹和第二螺纹间的导向作用，所述活动件207会相对所述导向件205运动，从而实现升降件203带动液体容器202纵向运动。

在本实施例中，所述导向件205连接于驱动电机206，通过驱动电机206驱动其转动从而实现所述升降件203的升/降运动，当然，在其它实施例中，所述驱动电机206也可以连接所述活动件207，驱动其转动也可以实现所述升/降运动。所述驱动电机206可通信连接外部，以接受指令来控制其执行所述升/降运动的驱动。

可选的，所述驱动电机206可为步进电机，从而实现高精度的升/降运动。

再如图1所示，所述测量装置还包括：测控单元106，固定连接所述液体容器101。例如，通过螺锁、焊接、卡合、粘结等方式固定两者相对位置。

请一并参阅图3，所述测控单元300通信连接所述液位传感器301，以采集所述液位数据；所述测控单元300通信连接外部设备以传送所述液位数据。

可选的，所述测控单元300通信连接所述电动升降单元302，所述测控单元300可以输出控制指令来控制所述电动升降单元302进行升/降作业，所述控制指令可以是PWM信号；需说明的是，所述电动升降单元302也可以由其它设备或部件发出的指令控制，也可以是人工控制，并非以此为限。

于本发明的一实施例中，所述液体容纳腔中还可设置温度传感器303，设于所述液体容纳腔内，用于采集液体温度数据。进一步的，所述测控单元300，通信连接所述温度传感器303，用于根据液体温度数据补偿采集到的液位数据，进而将补偿后的液位数据向外部设备传送。

具体来讲，液体液位在温度不同时是会发生变化，如果各液体容器处于温度一致的场合，液体膨胀与收缩一致，鉴于不均匀沉降的测量不是依赖绝对液位高度而是各点间相对液位高度，所以在温度一致时，不需要考虑温度补偿。

在实际应用中，由于环境不同，例如阳光直射或者无阳光照射，各液体容器间存在温度差别；在本发明中，依据选取液体容器材料、液体容器连通外部的管路材料和液体介质的特性，通过建立温度补偿模型来实现温度不同时液位测量值的的补偿。

举例来说，假设所述管路材料采用聚乙烯塑料管，液体容器采用铝合金氧化材质，液体采用硅油。经验证和工程化的补偿公式为：

ΔLt＝Lt-0.1*(Tt-25)；

其中，Lt为测量的液位高度，ΔLt为经过温度补偿后测量的液位高度，单位为mm，Tt为测量点测量时刻温度，单位为摄氏度。

当然，所述温度传感器303及温度补偿的动作并非必须，例如在不同测量点的液体容器间的温度条件相同或非常接近且液体容器、管路及液体材质相同等场景下，或者一些对于液位精度要求并不高的场景，均可以省略该温度传感器303及温度补偿。

于本发明的一实施例中，所述测控单元300还可包括：水平度传感器304，用于采集液体容器的水平度数据。所述测控单元300固定连接液体容器，因此当液体容器发生倾斜时，可以通过所述水平度传感器304感测到，所述水平度传感器304可以通过加速度传感器实现，可以是单轴或多轴加速度传感器，所述加速度传感器初始水平状态下采集信号为一初始值，当液体容器发生倾斜时，所述加速度传感器采集信号的信号值相对初始值发生变化，从而从中可以判断液体容器发生倾斜，在此情况下，液位传感器301采集到的就需要对液位数据进行关于所述倾斜的角度的修正；或者，所述测控单元300还可包括报警单元(如鸣叫器或指示灯等)和/或向外部设备传送告警信息，以在判断液体容器发生倾斜时进行告警，以说明需要调整所述液体容器姿态令其液面回复水平。

于本发明的一实施例中，所述测控单元300包括：GNSS模块305，用于定位液体容器以及对采集行为授时(即提供时间信息，如时间戳等)。

于本发明的一实施例中，所述测控单元300与液位传感器301和/或温度传感器303之间为模拟信号接口连接，在辅处理器312中实现模数转换(ADC)连接，以将传感器采集到的模拟信号转换成数字信号输入到测控单元300。

于本发明的一实施例中，所述测控单元300包括：处理单元，其包括：通信相连的主处理器311及辅处理器312。

所述辅处理器312，通信连接所述液位传感器301、温度传感器303及其它传感器，用于控制所述液位传感器301、温度传感器303及其它传感器的数据采集。

所述主处理器311，用于控制所述辅处理器312的工作。例如，根据外部指令，生成并发送数据采集指令令辅处理器312启动来控制各传感器完成数据采集，辅处理器312在完成数据采集工作后可自动休眠而处于低功耗模式。

所述主处理器311还可用于进行测量装置的各种数据运算处理，且用于控制测控单元300与外部设备的通信。

举例来说，所述运算处理包括：例如执行所述利用温度数据对液位数据进行补偿的运算处理等；所述主处理器311控制与外部设备的通信，可选的，所述主处理器311可以通过例如I2C接口连接水平度传感器304(即加速度传感器)；另外，所述测控单元300包括与所述主处理器311通信连接的多种类型的通信模块，例如无线通信模块，如射频模块307、移动通信模块306(2G/3G/4G/5G，例如GSM模块)、GNSS模块305、LoRa模块310等，所述主处理器311可以通过例如UART接口连接所述GNSS模块305及移动通信模块306，且可以通过SPI接口连接所述射频模块307，所述主处理器311可以通过所述射频(RF)模块307或移动通信模块306与外部设备无线通信连接，所述外部设备可以是监控设备；所述各个类型的通信模块中还可包括有线通信模块，如串口通信模块，例如RS485模块308、RS232模块309等，主处理器311可以通过所述串口通信模块或LoRa模块310与其它测量装置中的测控单元300间通信连接，以交互数据形成协同或同步工作。

所述主处理器311还具有PWM信号输出端口，经电平转换继电器驱动输出连接至所述电动升降单元302。

所述主处理器311还可连接有存储器(如FlashMermory等)，其可在与外部设备无法通讯时，将采集的数据存储在该本地的存储器中，以在所述通讯恢复时继续传送。

需说明的是，图3实施例所展示的测控单元300的电路模块结构仅为例举，在其它实施例中，完全可以根据需求对各个模块进行增删，并非以此为例。

采用主处理器311和辅处理器312结合的方式，将传感器数据采集和外部通信及运算工作相互隔离，降低单一核心的运算负担，实现更高的工作效率，并且，也可以更有针对性地进行不同功能的功耗管理，有效降低功耗；当然，在其它实施例中，也可以视需求采用单个的处理器，并非以此为限。

如图4所示，展示本发明提供的一种不均匀沉降实时检测系统，其采用多个前述任意一实施例中描述的测量装置、以及监控设备401。

所述多个测量装置分别设于各个测量点；其中，所述各个测量点沿一预设路线排列。，所述预设路线对应于轨道、隧道、大坝或桥梁，所述桥梁包括常规意义上的桥梁，也包括立交桥；也就是说，各个测量点可以是位于同一轨道、隧道、大坝或桥梁上的，在该些测量点分别设置测量装置，可以测量轨道、隧道或桥梁上测量点间各段的土体是否出现不均匀沉降的情形。

位于所述预设路线上的部分或全部相邻测量点的液体容器403的液体容纳腔之间管路连通。具体来讲，可以是线路上部分或全部测量点中，每两个相邻测量点的液体容器403成对连通，例如依次相邻的液体容器A、B、C、D中，A和B连通，C和D连通；或者，也可以是线路上部分或所有测量点中，每个液体容器403间均串行连通，例如依次相邻的液体容器A、B、C、D中，A、B、C及D间均逐级连通，并非以图示展示的为限。

在一实施例中，液体容器403间可以通过软管连通，并可通过各自的阀门控制是否与外部连通。

各个测量点处的测控单元402间通信级联。并且，相邻且存在管路连通的液体容器403的至少两个测量点的测控单元402分别控制各自通信连接的电动升降单元令各自的液体容器403之间进行有序的升/降运动，并分别采集升/降运动下的液位数据且对外发送。

所述监控设备401，通信连接各个测量装置的测控单元，用于接收各测量装置的升/降运动下的液位数据，并据以综合分析对应测量点间的沉降均匀情况。于本发明的一实施例中，所述监控设备401可以是控制平台或移动终端，可以通过例如服务器/服务器组、分布式网络设备、家用电脑、笔记本电脑、平板电脑、智能手机或其它具有处理能力的任何设备实现。

具体的，在令液体容器403间连通的情况下，根据液体的物理特性，液体容器403间液面会水平齐平的原理，可以检测是否存在不均匀沉降的问题，但是，如果液位微小变化时，很长时间都不能流动到同一水平面，从而严重影响测量精度；在液面有一定变化时，液体流动平衡也需要相当长时间，以小时计的时间，这样会严重导致测量结果的滞后利用检测其液面。

因此，本发明中对液位数据的采集方式加以改良，通过控制连通的液体容器403之间进行有序的升/降运动，再进行综合计算，消除误差，快速得到沉降均匀情况的分析结果。

于本发明的一实施例中，所述测控单元402与监控设备401间优选采用无线通信方式连接，所述无线通信方式包括：LoRa、NB-IOT、2G/3G/4G/5G移动通信或WiFi。

请参阅图5，以下通过图示说明本发明进行液位数据的原理。

在图中，设两液体容器403A和B内的液体高度分别为LNa和LNb，两液体容器403高差为ΔH

根据连通器原理，几个底部互相连通的液体容器403，注入同一种液体，在液体不流动时连通器内各容器的液面总是保持在同一水平面上，那么有如下结果：LNa＝ΔH+LNb；

增加电动升降单元，在测量前先在液体容器403的垂直地表的轴线方向上对液体容器403进行上下移动，按规定流程和时间使各液体容器403轮流上下移动一次，对各种液体容器403位置时的液面进行测量。

假设A、B两液体容器403内液体的原始深度分别为LNa和LNb，保持液体容器403A不动，控制机电装置液体容器403B向上移动距离d后,过一定时间测量，两液体容器403内液体高度分别是LLa和LLb，此时图中的ΔH变为ΔHL＝ΔH+d

控制机电装置使得液体容器403B回到原位；等一定稳定时间后，控制机电装置使得测量液体容器403A向上移动距离d后，两液体容器403内液体高度分别是LHa和LHb，此时图中ΔH变为

ΔHH＝ΔH-d

得到下面等式：

LLa＝ΔH+d+LLb

LHa＝ΔH-d+LHb

上下2式相加后，两液体容器403液体高差实际结果为

式中，LLa、LLb、LHa和LHb分别是2次测量时两液体容器403内液位的深度。

如果ΔH此值发生变化与初始标定值不同，则说明两监测点的沉降速度不同，发生了不均匀沉降。

基于上述原理，以下展示利用图5实施例中的系统进行不均匀沉降检测的过程，在以下实施例中，可以通过相邻测量点中一端的测控单元向对端的测控单元发出的指令来触发对端的升/降动作，较为高效；当然，在其它实施例中，也可以通过监控设备来统一管控各个测控单元的升/降控制，并非以此为限。

具体过程如下：

A、获得相连通的第一测量装置的第一容纳腔和第二测量装置的第二容纳腔在纵向上深度差的初始值；所述第一测量装置包括第一测控单元，所述第二测量装置包括第二测控单元；

所述初始值可以是根据在每个测量点的液体容器安装完成后实际测得的深度初始值之差来计算得到，各所述深度初始值可以预存在各个测量装置的测控单元中的存储器中，也可以预存于所述监控设备中。

B、第一测控单元采集液位数据，并通知第二测控单元；第二测控单元收到数据采集指令，开始采集液位数据；

具体的，所述第一测控单元及第二测控单元中可包括主处理器及辅处理器，主处理器在接收到外部的数据采集指令后，启动所述辅处理器执行数据采集，采集完之后可以继续采集也可以先关闭辅处理器而进入低功耗模式。

C第一测控单元控制所述第一电动升降单元令所述第一容纳腔沿纵向上升第一预设距离且维持第二容纳腔的位置不变，在液位稳定后(第一测控单元可以通过定时器设定稳定时间，达到稳定时间即认为液位已稳定)，第一测控单元采集第一容纳腔的第一液位数据，并通知第二测控单元采集第二容纳腔的第二液位数据；

C、第一测控单元控制所述第一电动升降单元令所述第一容纳腔回复原位；

D、在液位稳定后，第一测控单元向第二测控单元发送升操作指令；

E、收到升操作指令，第二测控单元控制第二电动升降单元令第二容纳腔沿纵向上升与第一预设距离相等的第二预设距离，第一容纳腔的位置不变，在液位稳定后，第一测控单元采集第一容纳腔的第三液位数据，第二测控单元采集第二容纳腔的第四液位数据；

之后，可以降下第二容纳腔回复原位。

E、第一测控单元及第二测控单元将所述第一液位数据、第二液位数据、第三液位数据、及第四液位数据发给所述监控设备，所述发送可以是采集到的时候就进行发送，也可以是一组数据采集完之后打包发送；当然，在发送前可进行温度补偿，也可以进行水平倾斜的修正。

F、监控设备根据第一液位数据、第二液位数据、预设距离和深度差之间的数学关系、以及第三液位数据、第四液位数据、第二预设距离和深度差之间的数学关系计算得到所述深度差的实际值。

在其它实施例中，也可以由其中一个测控单元进行运算，并非以本实施例为限。

具体计算的原理如前所述：

G、监控设备可以判断：若所述实际值和所述初始值不相等，则表明第一容纳腔和第二容纳腔所对应的测量点间存在不均匀沉降；若实际值和初始值相等，则不存在不均匀情况。

所述第一测量装置和第二测量装置可以分别位于相邻的测量点A和测量点B，从而可以检测出测量点A到B之间一段土体是否存在不均匀沉降情况，加以推展，若还有依次与测量点A或测量点B相邻的其它测量点，可以采用上述方式逐段检测是否存在不均匀沉降情况，从而最终得到整条路线的土体是否存在不均匀沉降情况。

综上所述，本发明提供测量装置及不均匀沉降实时检测系统，所述测量装置包括：液体容器，包括：液体容纳腔；液位传感器，用于采集液体容纳腔内液位数据；电动升降单元，用于升降所述液体容器；测控单元，固定连接所述液体容器，且通信连接所述液位传感器，以采集所述液位数据；所述测控单元通信连接外部设备以传送所述液位数据；所述系统利用多个所述测量装置，令相邻测量点的相连通的液体容器之间进行有序的升/降运动，并分别采集升/降运动下的液位数据，加以综合运算得到测量点间是否不均匀沉降的结果，实现轨道、隧道、大坝或桥梁等不均匀沉降的高精度、自动、实时、连续监测，为运营安全提供有力技术支撑。

本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (13)

1.一种测量装置，其特征在于，包括：

液体容器，包括：液体容纳腔；所述液体容纳腔中设置有液体；所述液体容纳腔中设有置于液体上随液面高低浮动的浮动件，所述浮动件连接有一能沿垂直于液面方向运动的连接杆；

液位传感器，用于采集液体容纳腔内液位数据；所述液位传感器固定连接所述连接杆，所述液位传感器能随所述浮动件进行上下运动，即所述液位传感器随液面高低而运动变化，并测得液位数据，以供综合运算判断所述测量装置位于的相邻测量点是否有不均匀沉降情况；

温度传感器，设于所述液体容纳腔内，用于采集液体温度数据，以补偿所述液位传感器采集到的液位数据；

电动升降单元，用于升降所述液体容器，固定连接所述液体容器，以改变所述液体容纳腔内液面的高度及所述液位传感器采集到的液位数据；

测控单元，固定连接所述液体容器，且通信连接所述液位传感器以及温度传感器，以采集所述液位数据以及所述液体温度数据，并进行所述测量装置的各种数据运算处理；所述测控单元通信连接外部设备以传送所述液位数据以及根据液体温度数据补偿采集到的液位数据再向所述外部设备传送；

其中，所述测控单元包括：水平度传感器、GNSS模块以及处理单元；所述水平度传感器，用于采集液体容器的水平度数据，并判断所述液体容器是否发生倾斜，以供对所述液位传感器采集到的液位数据进行倾斜角度的修正；所述GNSS模块用于定位液体容器以及对采集行为授时；所述处理单元包括通信相连的主处理器及辅处理器，所述辅处理器，用于通信连接并控制测量装置中各个传感器的数据采集；所述主处理器，用于控制所述辅处理器的工作，并用于进行数据运算处理，且用于控制测控单元与外部设备的通信。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述容纳腔设有供与外部连通的连通口，所述连通口处设有阀门。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述容纳腔设有供与外部连通的导气口。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测控单元通信连接所述电动升降单元以控制其升降。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述液位传感器为位移传感器；所述位移传感器定位连接于连接件。

6.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述水平度传感器通过加速度传感器实现。

7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述升降单元包括：

升降件，固定连接所述液体容器；

固定件，位于升降件及液体容器之下；

导向件，沿纵向设置，其与所述固定件相对位置固定地设置并与升降件活动连接，所述升降件能沿所述导向件运动；

活动件，连接所述导向件并能沿所述导向件活动，所述活动件抵靠于所述升降件下表面或固定于所述升降件；

驱动电机，连接所述导向件或活动件，以驱动所述活动件沿所述导向件活动以带动所述升降件。

8.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于，所述驱动电机通信连接并受控于所述测控单元。

9.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于，所述导向件为至少一杆体，其上设有第一螺纹；所述活动件为套合于所述导向件的套件，所述套件设有与所述第一螺纹匹配的第二螺纹；所述驱动电机连接并驱动所述导向件或活动件转动。

10.一种不均匀沉降实时检测系统，其特征在于，包括：

多个如权利要求1至9中任一项所述的测量装置，分别设于各个测量点；其中，所述各个测量点沿一预设路线排列，位于所述预设路线上的部分或全部相邻测量点的液体容器的液体容纳腔之间管路连通；各个测量点处的测控单元间通信级联；

相邻且存在管路连通的液体容器的至少两个测量点的测控单元分别控制各自通信连接的电动升降单元令各自的液体容器之间进行有序的升/降运动，并分别采集升/降运动下的液位数据且对外发送；

监控设备，通信连接各个测量装置的测控单元，用于接收各测量装置的升/降运动下的液位数据，并据以综合分析对应测量点间的沉降均匀情况。

11.根据权利要求10所述的不均匀沉降实时检测系统，其特征在于，所述测控单元分别控制各自通信连接的电动升降单元令各自的液体容器之间进行有序的升/降运动，并分别采集升/降运动下的液位数据，包括：

获得相连通的第一测量装置的第一容纳腔和第二测量装置的第二容纳腔在纵向上深度差的初始值；

通过第一电动升降单元令所述第一容纳腔沿纵向上升第一预设距离且维持第二容纳腔的位置不变，在液位稳定后，采集第一容纳腔的第一液位数据和第二容纳腔的第二液位数据；

通过所述第一电动升降单元令所述第一容纳腔恢复原位；

在液位稳定后，通过第二电动升降单元令第二容纳腔沿纵向上升与第一预设距离相等的第二预设距离且维持第一容纳腔的位置不变，在液位稳定后，采集第一容纳腔的第三液位数据和第二容纳腔的第四液位数据；

所述根据各测量装置的升/降运动下的液位数据综合分析对应测量点间的沉降均匀情况，包括：

根据第一液位数据、第二液位数据、预设距离和深度差之间的数学关系、以及第三液位数据、第四液位数据、第二预设距离和深度差之间的数学关系计算得到所述深度差的实际值；

若所述实际值和所述初始值不相等，则表明第一容纳腔和第二容纳腔所对应的测量点间存在不均匀沉降。

12.根据权利要求10所述的不均匀沉降实时检测系统，其特征在于，所述测控单元与监控设备间无线通信方式连接，所述无线通信方式包括：LoRa、NB-IOT、2G/3G/4G/5G移动通信或WiFi。

13.根据权利要求10所述的不均匀沉降实时检测系统，其特征在于，所述路线对应于轨道、隧道、大坝或桥梁。